新能源開啟新時代丨新能源大師愛文騫丨德稻全球大師直通車

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德稻新能源大師愛文騫(John T.S. Irvine)

愛文騫(John T.S. Irvine)畢業於英國阿爾斯特大學(University of Ulster)物理化學系並獲博士學位,現為英國聖安德魯斯先進材料中心主任、英國聖安德魯斯燃料電池公司CEO兼董事、英國工程與自然科學研究理事會(EPSRC)高級理事。此外他還擔任諸多國際組織重要職務,包括歐盟固定式燃料電池的戰略研究議程工作組組長、歐盟氫和燃料電池平臺委員會委員、歐盟科學基金會OSSEP計劃主席、歐盟研究培訓機構的協調員、國際固態離子學會歐盟區委員、歐盟固體氧化物燃料電池SOFC專題網絡SOFC600及REALSOFC綜合項目成員、2010年歐洲固體氧化物燃料電池論壇主席、蘇格蘭氫能與燃料電池聯合會創始人及現任主席、北蘇格蘭皇家化學學會秘書長。合作對象包括DSTL、勞斯萊斯、莊信萬豐、穀神星電力項目、託普索燃料電池、Hexis燃料電池、薩索爾、布盧姆Haldor託普索、Acumentrics以及GS湯淺等。大師主要從事二氧化碳光電化學還原和燃料電池電極材料研究,專長於固體化學、電子導體、結構化學和高溫電化學,並取得了一系列高水平的開創性研究成果。愛文騫教授在Nature, Nature Materials, Advanced Materials, Advanced Functional Materials等期刊上發表論文300餘篇,獲授權發明專利6項,還擔任過《材料化學期刊》(Journal of Materials Chemistry)、《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)和《核能制氫國際期刊》(International Journal for Nuclear Hydrogen Production)編委。教授曾榮獲英國皇家化學學會(RSC)材料化學獎和中國科學院(CAS)李薰材料科學系列講座獎,並且獲得英國皇家學會Wolfson研究優秀獎、英國皇家化學學會弗朗西斯•培根獎章、英國材料學會貝爾比獎章等。曾作為國際會議組織者和分會主席主持多次重要國際會議,並於2005年榮獲英國愛丁堡皇家學會會士榮譽稱號。

愛文騫教授於2012年10月加入德稻集團,成為德稻新能源大師。

【大師著作】

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《固體氧化物燃料電池:事實和數據:過去、現狀和未來》

Solid Oxide Fuels Cells: Facts and Figures: Past Present and Future Perspectives for SOFC Technologies

固體氧化物燃料電池是一種高效清潔的能源轉換技術,可以利用天然氣、煤的氣化和生物質氣等燃料發電,發電效率可達到60%以上,並可減少二氧化碳排放。近年來,國內外都在研發中低溫固體氧化物燃料電池技術,但是在電催化活性方面或者在運行穩定性方面達不到應用要求。愛文騫大師的《固體氧化物燃料電池:事實和數據:過去、現狀和未來》一書提供清晰和準確的數據,涵蓋了一些重要的課題,包括中間溫度燃料電池,金屬支持的燃料電池,新材料和工程解決方案,以及固體氧化物燃料電池上市所面臨的一些挑戰。書中簡述了固體氧化物燃料電池(SOFC)在高溫下工作,能夠提供更大的燃料靈活性並輸出更多熱量,從而提高總效率。大師還在書中介紹了固體氧化物燃料電池/固體氧化物電解池的科研進展,闡述了高溫下納米顆粒在氧化物表面原位析出的優勢及電催化活性評價等一系列工作,就催化材料基因工程研究方法、固體氧化物燃料電池陽極材料的發展趨勢及未來的合作方向發表了觀點。本書提供了穩定且有效的方式來產生清潔的電化學電力,為推動固體氧化物燃料電池的發展做出了巨大貢獻。

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《調整固體氧化物燃料電池電極微結構以提高性能》

Tailoring SOFC Electrode Microstructures for Improved Performance

愛文騫大師2018年六月發表了一篇名為《調整固體氧化物燃料電池電極微結構以提高性能》(Tailoring SOFC Electrode Microstructures for Improved Performance)的論文,發表於能源材料領域國際頂級期刊《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)。固體氧化物燃料電池(SOFC)的輸出性能與電極微結構之間有著緊密的構效關係,在電池的長期工作過程中,電極微結構的演變也伴隨著電池性能的變化。論文中,大師提到固體氧化物燃料電池開發需要解決的關鍵技術挑戰是性能,耐用性和成本。這三者都需要並行實現。然而,這一目標的實現卻面臨重重挑戰,例如,往往會以耐久性為代價而實現性能的提高,這就需要在長時間操作下保證穩定性及抗降解性這兩個關鍵參數。

現如今,人們對開發新陰極,這一能夠在較低溫度下運作良好,同時能夠確保低成本製造的材料產生了巨大的興趣。然而對於陽極來說,關鍵在於固體氧化物燃料電池(SOFC)能否以更高效率利用現有燃料,避免焦化和硫中毒,或是否能在高利用率下提高抗氧化的能力。優化新的電極材料需要大量的工藝開發,論文中提到利用溶液技術對已經優化過的電極骨架進行浸漬,這為評估新電極材料提供了一種快速有效的方法。它還可以提供低成本方法來製造新穎結構並微調已知結構。論文中所討論的浸漬方法,不僅考慮了光譜和表面表徵,並回顧了近期有關優化陰極和陽極功能的研究進展。此外,大師在論文最後引用了近期的例證,探討了固體氧化物燃料電池中浸漬方法所面臨的未來挑戰和機遇。該論文針對電極的微結構及其在製備與工作過程中的穩定性展開研究,對於固體氧化物燃料電池性能的提高具有重要的理論與實踐意義。

【大師團隊(JTSI團隊)】JTSI團隊是一個由聖安德魯斯大學(University of St Andrews)約40名專業研究人員組成的大型團隊。JTSI的研究是多樣化的,目前研究包括陶瓷加工、電化學、燃料電池技術、多相催化、氫、新材料、光電化學、固態離子等領域。統一的主題是能源材料。

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JTSI團隊大合照

【電池領域】電池已經成為一種電化學電源的名稱,它既可以是一次性的(“一次電池”),也可以是可充電的(“二次電池”)。傳統上,電池實際上是單個電化學電池的集合。在最簡單的情況下,在負極端有一個“陽極”,在正極端有一個“陰極”,電解質將兩者分開。鋰離子電池是最多產的二次電池之一。在這種情況下,鋰金屬形成陽極,而陰極材料可以是磷酸鐵。當電路完成時,在電池負載情況下,金屬鋰將開始氧化,然後向磷酸鐵移動,這一過程可以促進磷酸鐵鋰的形成和鐵的還原。該過程包含著一種元素電解液,JTSI團隊一直致力於電池領域電解液的研究,由於電解液材料選擇非常多變,但必須保證其既能導電,又能傳導穿過電池的離子,並且它們都依賴於相同的原理——具有陽極氧化和陰極還原的能力,只有這樣才能保持較低的能量狀態以及相應的能量釋放量。

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【氫化物和儲氫領域】重鹼土金屬(Ca, Sr, Ba)的氫化物在固態下具有較高的氫遷移率。在這些材料中流動的物質是帶負電荷的氫化物離子(H-),由於其輸運性質主要為離子,因此很適合作為電解質材料。而氫化物本身是一種強還原劑,因此在化學上很有價值。JTSI團隊一直在研究一種涉及氫化物離子的電化學裝置,該裝置可以提供能源高效利用的新方法,來合成從各種元素或完全氧化的化合物中產生的氨或甲烷等基礎化學物質。此外,JTSI團隊也在嘗試研究材料中的缺陷化學,來試圖理解氫化物離子傳導的機制,並且致力於研究各種摻雜策略以提高氫化物的遷移率,從而對所形成的相結構和介電性能進行表徵。

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【光催化領域】太陽能是取之不盡,用之不竭的,並且更重要的是它對環境是無害的。太陽入射波幾乎能夠均勻地分佈在世界各地,這就確保了太陽能資源的易獲得性和太陽能技術的廣泛適用性。利用太陽能對水進行分解和二氧化碳轉化為燃料是一項非常有前途的技術,該技術下衍生的產品皆屬於可再生能源,可以隨時儲存和運輸。與光伏高昂的製造過程不同,光催化是一種“價格低廉”的太陽能利用方法。它通常在有光催化劑的水溶液中進行,此種光催化劑通常是粉末狀的半固態催化劑。在這一過程中,氫、氧、甲烷、一氧化碳等氣體可逐步生成,總量子效率高達56%。基於光催化技術作為在能源和環境領域有著重要應用前景的綠色技術,JTSI團隊不斷地對其進行潛心研究。

【榮譽與獎項】· 1999年 英國皇家化學會拜爾比獎章· 2003年 英國皇家化學會弗朗西斯·培根獎章· 2009年 英國皇家化學會材料化學獎· 2010年 中國科學院李薰材料科學系列講座獎· 2012-2017年 英國皇家學會Wolfson研究優秀獎· 2005年 愛丁堡皇家學會會士· 2006-2011年 英國工程和自然科學研究理事會(EPSRC)高級學者

· 2018年,榮獲開爾文勳爵獎章(RSE Lord Kelvin Medal),表彰大師在能源材料研究領域的傑出貢獻。

【德稻大師全球協作工作室介紹】匯聚全球數百位行業大師智慧,近十年的考察、磨礪、思考、行動,新臉譜通過行業智慧的協同效應抓準痛點,讓企業與全球大師無縫連接。以創新思維及專業技術為主的教學模式,行業全局視角下的企業諮詢,戰略驅動下的設計服務,精準覆蓋企業商業發展的各個環節,並以定製化內容滿足不同商業場景需求,為中國企業提供大師級的行業解決方案。突破企業發展瓶頸,助力創新升級。

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